高等理科教育實踐教學實施路徑研究與探索
——以“有機化學”為例

李振興

中國石油大學(北京)新能源與材料學院 北京 100044

一、概述

高等理科教育是我國經濟發展的基礎,也是影響我國科學技術進步的重要因素。當前,我國高等理科教育的發展,對內急需培養大量創新型、應用型、復合型人才,對外急需培養國際頂尖人才,以促進國家現代化經濟體系建設和未來戰略競爭,這是我國高等理科教育發展的重中之重。我國高等理科教育的改革和創新,不僅推動了教育的發展,也為我國經濟發展奠定了堅實的基礎。以“有機化學”為例,“有機化學”內容繁多、知識結構復雜,是一門重要的基礎學科,而且它也是符合現代應用的復合型化學工作者不可或缺的課程。其教學宗旨是通過對“有機化學”課程的學習,加深學生對有機化學的認識、掌握與運用,對有機化合物的反應、合成、反應機制、化合物之間的交互轉化、制備方法和應用有深刻的理解,同時,為化學工作者日后的科研打下堅實基礎,促進我國科研綜合實力的提升。

針對傳統有機化學教育目標,培養學生掌握有機化學基礎知識、理論與技能,以適應化工教育、技術及管理領域。如今,高素質人才培養模式下,有機化學教育目標應不僅滿足傳統目標,更要儲備學生成為勝任社會工作的人才。因此,有機化學教學需要不斷創新與改進,成為必然的發展趨勢[1-4]。

二、高等理科教育實踐教學實施路徑需面臨的問題

目前,部分高等學校的高等理科教育實踐教學實施路徑階段存在著脫節現象。以“有機化學”為例,主要表現在以下幾點[5]：

(1)教學方式單一,有機化學本身機理方面就較為枯燥、難懂,單一的、單邊的教學方式不利于學生融會貫通,但是,目前我國大部分的“有機化學”教學仍然是教師講課、學生聽課的上課模式,對學生的專業研究能力的提高并不能產生較明顯的效果。

(2)大部分教學不能使學生把有機反應應用到實際中去,并且靈活地利用反應機理來說明有機反應現象的教學很少。為取得更好的教育成果,以“有機化學”為例,我們初步研究和探索了更適應人才發展需求的高等理科教育實踐教學實施路徑,實現以能力培養、研究式教育為目標的優質高等教育。

(3)經典有機化學教材的知識體系和基本內容基本相同。教材的具體內容主要包括各種有機化合物的命名、物理性質、化學性質、來源和制備方法。缺少對兩個關鍵問題的關注:一是對有機化學反應機理的深入解讀和分析;二是先進的研究和應用實例。課程內容更新緩慢,知識結構和體系陳舊。

(4)有機化學的授課模式是固定的,一般是按照現行教科書的規定,按照有機化合物的種類,嚴格講解各種化合物的命名、物理性質、化學性質、由來、制備方法等。有機化學是在研究有機體中發展起來的一門學科。隨著發展和認識的不斷深入,已經形成了與人類生產生活密切相關的知識體系。在有機化學的教學過程中,教學內容眾多,知識結構混亂,學生缺乏總結和組織能力,難以上手。并且現有的知識框架缺乏邏輯性和系統性。它一般以復合詞的范疇作為分類和介紹的主線,學生主要通過記憶來學習,未能達到理想的教學效果。

(5)在課程中疏忽了學科的交叉融合。隨著對有機化學的不斷探索,已經形成了與其他學科密切相關的知識體系。對化學系列專業的有機化學科目雜環化合物、糖類和蛋白質等章節自學或內容有些理解存在疏忽,可加強有機化學和生物研究之間的聯系,可進一步促進學科交叉融合。

(6)課程過于強調基礎而輕應用。有機化學的教學以基礎理論的教與學為主,教材和教具中涉及的反應實例主要停留在實驗室研究,很少引用工業生產的實際實例。作為講師,大多數教師沒有工廠生產的實際經驗,缺乏經驗和深刻體會,在教學中不能有效地與生產實踐結合。作為學習者,他們不能正確理解理論在實踐中的重要性。對理論學習產生厭倦感,缺乏學習積極性。

(7)地方應用型高校學生自主學習能力差是有機化學教學中的一個難題,如何采取有效措施提高學生自主學習能力是提高教學質量的關鍵環節之一。為解決這一問題,將現代信息教育手段與教學相結合,可以提供切實有效的解決方案。

三、“有機化學”實踐教學實施路徑研究與探索

(一)教學方法多樣性

由于傳統的教學工作中普遍存在教學方法單一、授課過程枯燥乏味等缺點,所以在實際教學過程中,每種教學方法都不應該獨立存在,是多種教學方法相輔相成的,可結合授課內容進行方法轉變。以下幾種教學方法可進一步優化教學過程[6-7]。

1.興趣驅動法

眾所周知,有機化學作為一門涉及理論和反應較多的課程,例如價鍵理論、電子效應和共振論等內容相對枯燥,作為初學者,很難從課本上的知識與實際生產生活相關聯,因此很容易失去興趣。在備課過程中授課老師需要查閱大量的文獻和資料,需要對當今時事熱點進行了解,將枯燥乏味的知識與當下流行的元素相結合。這不僅能夠使學生加深對知識點的了解,還可以激發學生對“有機化學”課程的學習興趣。例如,不粘鍋已經成為炒鍋產業發展的流行趨勢,幾乎大部分的家庭均使用了不粘鍋,不粘鍋具備不粘食物的特性,其實是因為鍋內涂了一種被稱作“特富隆”的特殊物質。這種物質的化學名為聚四氟乙烯,常被俗稱為“塑料王”。所以教師在授課過程中可以引入這樣的例子,激發學生們對有機化學的興趣。

2.現代化的教育技術教學法

利用現代化的教育技術來改善課堂環境、激發學生學習興趣,加強師生交流,提高有機化學教學質量。例如,制作豐富立體的多媒體課件可以增加課堂趣味性和活力,使教學課堂富有生機。除了理論知識相對較強、學習難度記憶難度較大外,有機化學中,立體化學常常讓學生感到困難。判斷原子或基團在空間中的位置,以及如何確定其R、S構型和對映異構體,這對學生來說始終是個難題。使用多媒體作為教學輔助,可以顯著提高學生對這一部分知識的理解。比如對乳酸R、S判斷的時候,空間想象能力差一點的同學就不知道-H、-OH在空間里怎么擺放。每個原子和基團通過多媒體課件輔助教學,用不同的顏色、大小進行區分,十分立體,學生可以一目了然地看到-H和-OH在空間中的位置。顯然,使用多媒體課件作為輔助教學工具不僅可以幫助學生理解知識,還可以使課堂更加生動活潑[8]。

3.第二課堂教學法

第二教室是與第一教室有關的教學活動。從教學的內容上講,其根源在于教材,但對素質教育的培養起著重要作用,它的學習地點具有多樣性,可以在學校,也可以在社會開展。例如,為了更好地提高學科的前沿性,營造一種濃郁學校的學術氛圍,可以邀請化工專業的專家對國內化工發展現狀進行分析講解,不僅可以促進學術交流,還可以讓學生們了解學科最新進展。講座上,學生們與校外專家熱情交流,對化工領域近年來的熱點問題作深入分析,突顯了“有機化學”理論在前沿科學應用中的重要性。因此,在“第二課堂”的支持下,學生能夠更多接觸科研,其在引導和啟發學生方面扮演重要角色,使得有機化學理論應用于科研領域。通過參加不同專家學術講座,運用其有機化學知識,學生與專家一同分析并探討科研方向,大大提高了學生的學習積極性和參與感,營造出了優質的學習氛圍。

4.小組討論法

在討論教學法中,為了激發學生的興趣和積極性,老師精心設計討論的問題和情景。通過問題和情景引導學生自己發現問題,提出問題,使學生主動產生學習興趣。教師設計的討論題應盡可能與課本知識和實際生產相結合,特別是與實際工業生產中遇到的技術問題和瓶頸問題相結合。例如,在講述本章醛類、酮類等碳基化學物質的內容時,結合對甲醛在生活中危害的了解,可以設計如何通過碳基化學反應去除室內裝飾或家具中存在的甲醛的危害。把學生分成小組,下課后查看資料,上課時討論。在討論過程中,引導各組學生發現問題,互相討論。討論中要結合教材的理論知識解決提出的問題。這種討論式教學方法,使學生教科書深化對理論知識的認知,靈活運用它能夠解決實際問題,而且提高了學生的思維能力、口頭能力、團隊合作能力、自學能力和創新能力的培養,真正提高了學生的綜合素質,適應應用型人才的培養需要。

(二)課堂內容和考核方式多樣化

為了使廣大學生增強學習的主動性,使課堂教學更加生動活潑,培養學生的科學素養,增強學生的創造性,需要在教學過程中著重優化課堂內容[8-9]。

1.豐富課堂內容,激發學生興趣

授課教師在備課過程中著重介紹一些名人的背后故事、有機化學歷史上的著名事件、化學公司的發展等相關內容,將顯性的知識傳授和隱性的德育熏陶融會貫通。例如,在講授烯烴部分時,教學課程導入:2005年,諾貝爾化學獎授予了在烯烴復分解反應方面做出突出貢獻的三位科學家——法國科學家肖萬、美國化學家施洛克和格拉布(Grubbs)。因此可以激發學生的愛國主義精神,增強責任擔當意識,激發學生對“有機化學”的興趣和積極性。

2.加強實驗教學,深化理論知識

傳統的有機化學實驗授課過程中,授課教師需要花費大量時間介紹操作方法、步驟和注意事項等,并進行演示,但是缺少創新能力的培養,這樣導致學生只會重復實驗而無法培養他們的創新能力。但是,有機化學的實驗課不僅要鍛煉學生的動手能力,還需要培養他們如何設計實驗、如何完成這個設想,這是創新能力的培養。因此授課教師首先應要求學生獨立規劃實驗流程,然后協助學生分析反應機理,探討實驗的可行性,提前為學生分析此實驗的危險性,最后教師應為學生集中采購試劑并提供實驗平臺,使學生真正將具有研究價值的設計型實驗融入教學過程。

3.優化考核方式,學生更加重視

傳統上,理論性較強的課程采用閉卷考試的方法。“有機化學”也屬于理論課程,但是由于學生化學基礎和專業背景存在差異,所以考核方式可以多種多樣。為必考科目的學生進行閉卷測試,學生選修課采用封閉式,開放式或難度低的紙質考試等方式。評估的目的是評估學生整體的學習成果。通過這種靈活的評價,學生可以更好地學習評價內容,深入了解有機化學過程,減少過多的壓力。

4.創新試卷類型,強化應用能力

為了提高試卷的質量,測試學生分析問題、綜合運用知識和解決實際問題的能力,需要對有機化學試卷的結構進行調整。試題以客觀題(包括反應式)、應用分析題(基礎理論分析、機理分析、光譜分析)和復合題為主,取代了傳統的選擇題、填空題和判斷題,注重對學生綜合分析能力和實際應用能力的考核。

5.精簡教學內容,確保授課內容主次分明

針對“高等有機科學”課程內容過多、課時過少的問題,通過采用“主線”教學法,使授課內容簡潔流暢。如在活性中間體一章中,碳正離子的研究是最早、最深入、應用最廣泛、涉及最基本的反應過程,以碳正離子為例,其結構、制備方法和影響其穩定性詳細說明了留存的原因。為了節省教學時間,對于碳、氮的含量,只講授簡單的分析結構和制備方法。

(三)加強師資建設打造實踐型的師資隊伍

教師作為教學活動的主導者,擁有什么樣的教師團隊將極大地影響教學模式的質量。因此,為了構建應用型人才培養模式,有必要更新教師隊伍。目前,雖然中國高校教師普遍具有較高的學歷,他們往往有深厚的理論知識儲備,但是實踐經驗相對不足,在應用型人才培養中,教師對實際應用等過程進行指導。此外,還可以根據時代和行業的變化進行就業指導,發展應用型人才培養,建立實踐型教師隊伍是非常重要的。因此,高校未來應積極推進雙師型教師隊伍建設,加強與相關企業的合作,使教師達到理論與實踐的平衡,將具有深厚教學經驗的教師和具有豐富工作經驗的人員融合成一支教師隊伍。并依托校企合作、大學生創業項目等平臺下建立的實訓基地,開展應用型綜合人才培養。

四、“有機化學”課程教學改革的成果

通過合理地調整課堂內容和考核方式,采用不同的教學方式,不斷探索和改善教學方法,結合實踐經驗,有助于提高有機化學教學質量,能培養出適應社會需求的高技能人才。通過對有機化學教學的改革,一方面,學生們對有機化學的興趣顯著提高,因此畢業生考研率直線上升,畢業后繼續從事化工行業的學生也逐漸增多,學生發表科研能力的水平明顯提高;另一方面,教學改革進一步提升了教師的科研水平,激發了授課教師教學熱情,促進了教學和科研的發展,提高了教學效果。

結語

本文結合當前高等理科教育實踐教學面臨的問題以及有機化學的特點,為進一步激發學生學習有機化學的興趣,培養學生運用有機化學理論知識解決問題的科學素養的創新能力的增強。因此提出了教學方法多樣性、課堂內容和考核方式多樣化的新想法,有機化學教學改革的目標是全面提高有機化學教學質量,建設中國石油大學(北京)一流的本科教育隊伍。希望能為我國高等理科教育,特別是有機化學教育改革提供有益的參考資料。